sic 半导体在薄膜物理制备中的研究

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1、SiC半导体在薄膜物理制备中的研究【关键词】SiC薄膜结构性质物理汽相沉积1引言SiC材料是一种宽带隙半导体材料,具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率高、电子饱和漂移速度高、电子迁移率高、热导率高、介电常数小、抗辐射能力强、化学稳定性好等优良的物理化学性质,还可以与Si集成电路工艺兼容,成为制作高温、高频、大功率、抗辐射、不挥发存储器件及光电集成器件的优选材料。近年来，人们对SiC材料的制备工艺，结构特点和器件应用进行了广泛深入的研究，但是由于SiC单晶价格昂贵，而且制备难度较大，因此SiC薄膜的制备成为研究的重点。目前SiC薄膜有多种物理制备方法，主要有磁控溅射法、脉冲激光沉积、电子束蒸

2、发和分子束外延。2SiC薄膜的物理制备工艺研究物理汽相沉积是利用某种物理过程，如物质的热蒸发受到粒子轰击时物质的表面原子的溅射现象，实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移过程。物理气相沉积主要包括磁控溅射法、脉冲激光沉积法、电子束蒸发和分子束外延法。2.1磁控溅射法磁控溅射法镀膜是利用直流或高频电场使惰性气体（Ar）电离，在电场作用下电离产生的正离子高速轰击阴极的靶材，使靶材的原子或分子溅射出来，然后沉积在基片上形成薄膜。君[3]等人用磁控溅射法对SiC薄膜进行了研究，实验以电阻率为5Ω•cm的Si为衬底，背底真空度为1.5×10-3pa溅射文/艾学正范梦慧谢泉王凯作为新一代的

3、半导体材料，SiC具有优良的化学物理性质，因此，SiC薄膜的制备工艺也越来越受到人们的关注。本文主要对当前SiC薄膜的物理制备工艺进行详细的研究介绍，并进一步总结讨论了各种制备工艺的优缺点。摘要气压为2.0pa，靶基距为55mm，溅射功率为60~70ARGIN:0cm0cm0pt;mso-layout-grid-align:none"class=MsoNormalalign=left>分析实验数据发现，在120ARGIN:0cm0cm0pt;mso-layout-grid-align:none"class=MsoNormalalign=left>备的SiC薄膜质量最好。2.2脉冲激光沉积

4、脉冲激光沉积(PLD)的原理是由激光器激发出来的高功率密度的脉冲激光打在靶材表面，使靶材温度迅速升高并蒸发成离子体到达靶对面的衬底，最后在衬底上沉积成膜。脉冲激光沉积溅射出来的粒子动能大，不过结晶质量高，所需衬底温度低，但是生长大尺寸的薄膜均匀度很难保证，沉积速率也比较低。Diegel[4]等人利用脉冲激光沉积法对SiC薄膜进行了研究，以SiC烧结靶为靶材，在温度为950℃~1200℃的石英玻璃和si衬底上进行薄膜生长。实验结果显示，在石英衬底上得到的SiC薄膜质量较差，si衬底上生长出的薄膜具有很高的取向。2.3电子束蒸发电子束蒸发是在真空环境下利用高能电子束轰击需要蒸镀的材料，使之融

5、化、汽化、蒸发，最终沉积在基片表面成膜。由于电子束蒸发制备薄膜蒸发和沉积的速率高，衬底与薄膜的结合力较强，所以被广泛应用于薄膜的生长。潘训刚[5]等人采用电子束蒸发技术在单晶si片上实现了SiC薄膜的生长，靶材为98%的SiC压片，沉积过程中真空度为6.7×10-3pa，电子束的强度为30~60mA，沉积完成后再2.0×10-2pa的真空度，温度为600℃和900℃的条件下退火2h，实验结果表明，随着退火温度的升高，SiC薄膜的结晶质量变好。相同退火条件，沉积时间越长，SiC晶粒的大小越均匀。2.4分子束外延分子束外延（MBE）是在超高真空的条件下，精确控制原材料的中性分子束流强度，当分

6、子束射入到被加热的衬底表面上时，由于受到表面力场的作用吸附于衬底表面，经过在表面上的迁移、再排列，最后在衬底上形成晶核或嫁接到晶格节点上，形成外延薄膜.。K.Zekentes[6]等人以Si(100)为衬底，在工作压强为10-10mbar的MBE系统中对SiC薄膜进行了系统的实验研究。首先在725℃完成si缓冲层的生长，之后进行碳化，结果发现，si与SiC的转换温度可限制在600~650℃。3结语SiC具有良好的物理化学性质，但是制备方法的缺陷制约了其在相关领域的应用，性能优异的SiC薄膜的生长工艺将成为该领域研究的热点问题。虽然SiC薄膜的制备技术已经日趋完善，但是仍然存在一些问题急需

7、解决。磁控溅射等低温外延生长技术制备的薄膜具有良好的畴界状态，但是成膜过程难以控制，设备复杂，成本较高，分子束外延制备的薄膜质量良好，但是成膜速率较慢。